0引言(yán)
   轉子流量(liàng)計 是常用(yòng)的節流式(shì)流量計之(zhi)一，具有結(jié)構簡單、制(zhì)造容🎯易、測(cè)量範圍寬(kuan)(量程比可(kě)達 10:1)、測量精(jīng)度較高(誤(wù)差±5％左右)、示(shi)值㊙️直觀、維(wei)護🧡方便、壓(ya)損小等優(you)點，是現代(dai)生活和工(gōng)業生産中(zhong)應用廣泛(fàn)的🛀計量器(qì)具。
   在計量(liang)技術水平(ping)日益發展(zhǎn)、測量精度(du)需求不斷(duàn)提高⛹🏻‍♀️的今(jin)天☎️，計量工(gōng)作者隻有(yǒu)全面了解(jie)轉子流量(liang)計🌂的結構(gou)原理、流量(liàng)計算、量值(zhí)影響因素(su)與修正方(fang)法💃、以及流(liú)量計的☎️選(xuan)型、安裝要(yào)求，才能選(xuan)出符合需(xū)求的計量(liang)儀表，實現(xian)測🥵量效果(guǒ)。希🐇望本文(wen)給計量工(gong)作者帶來(lái)些許幫助(zhu)。
1轉子流量(liàng)計結構原(yuan)理簡析
1.1 結(jié)構分析
   轉(zhuǎn)子流量計(jì)由兩部件(jian)組成， 一是(shi)從下向上(shàng)逐漸擴張(zhāng)的錐形😄管(guǎn)，二是置于(yú)錐形管中(zhong)，可沿管中(zhōng)心線上下(xià)移動、密度(du)比流體稍(shao)大的轉子(zǐ)（圖1 轉子流(liú)量計原理(li)圖）。
   錐形管(guan)由玻璃、塑(su)料或金屬(shu)材質制成(cheng)。 玻璃或塑(su)料材質🔅的(de)錐形管上(shàng)刻有流量(liàng)刻度，透過(guò)錐管可看(kan)到透明♊流(liu)體中轉💰子(zǐ)的位置及(ji)所對應的(de)刻度值； 金(jin)屬材質錐(zhui)形管中🙇🏻轉(zhuǎn)子位置通(tong)過磁性耦(ǒu)⛷️合等方式(shì)傳遞管外(wai)，在面闆上(shang)顯示量值(zhí)。
1.2 工作原理(lǐ)
   當測量流(liú)體的流量(liang)時，流體從(cong)錐形管下(xia)端流入沖(chòng)擊轉子🥰，對(duì)它産生一(yi)個作用力(lì)，力的大小(xiao)随流量大(da)小而變化(huà)；當流量足(zu)夠大時，所(suo)産生作用(yòng)力将轉子(zǐ)托起，使之(zhī)升高💃；流體(tǐ)經轉子與(yǔ)🥰錐形管壁(bì)間的環形(xíng)斷面從上(shang)端流出。 當(dāng)流體對轉(zhuǎn)子的作用(yòng)力等于轉(zhuan)💰子重量時(shí)，轉子因受(shòu)力平🐇衡而(ér)停留在❓某(mou)一位置；這(zhe)個位置與(yu)流量☀️有相(xiang)互對應的(de)關系，據此(cǐ)位置，即可(kě)求得流量(liang)💚值。
1.3 流量計(ji)算
   流量計(ji)轉子在錐(zhuī)形管中受(shòu)三個力：重(zhòng)力、動壓力(li)和💯浮力，三(san)👅力平衡時(shi)，轉子重力(lì)=動壓力+浮(fú)力。 當流速(sù)變大或變(bian)小時，轉子(zi)将向上或(huò)向下移動(dòng)，流體流動(dong)的截面積(jī)也發生變(biàn)化，直🈲至達(dá)到平衡時(shí)對應的流(liú)速，轉子在(zài)新的位置(zhì)上穩定。
因(yin)此，轉子穩(wen)定時受力(lì)關系公式(shi)如下:

其中(zhōng)：ρt-轉 子密度(du) ；ρf- 流 體密度(dù) ；g- 重 力加速(su)度 ；V- 轉 子體(ti)積 ；△p-轉子前(qian)後壓💞差；A-轉(zhuǎn)子最大截(jie)面積。

結合(he)公式（1），并參(cān)照孔闆流(liu)量計流量(liang)與節流壓(yā)差間的關(guan)系方程式(shi)：

得轉子流(liú)量計流量(liàng)公式：

   其中(zhōng)：Qv-流量值；a0-流(liu)量系數（與(yǔ)轉子形狀(zhuang)、流體狀态(tài)、流量計💛結(jie)構和流體(tǐ)物理性質(zhì)等因素有(you)關， 隻能由(you)實驗🌍來确(que)定）；A0-環🈚 隙面(miàn)積 ，對應于(yú)轉子高度(dù) h；近似有：A0=ch；系(xi) 數 c 與轉子(zǐ)和🧡錐形管(guǎn)的幾何形(xíng)狀及尺寸(cun)有關；ρt-轉子(zǐ)密度；ρf—流體(ti)密度💋；At-轉子(zi)最大截面(mian)積。
流量方(fāng)程式可寫(xie)成：

   由公式(shì)（4）可知，轉子(zi)的停浮高(gao)度 h 與流量(liang) qv成對應關(guan)系；根據高(gao)度的不同(tóng)來标刻流(liu)量值，即可(kě)在實際應(yīng)用中即時(shi)讀取流量(liàng)值。
2測量值(zhí)的流體相(xiang)關性修正(zhèng)
2.1 測量值修(xiu)正分析
   從(cong)式（4）可知，被(bei)測流體的(de)密度不同(tong)，流量大小(xiǎo)與轉子高(gāo)度之間的(de)對用關系(xi)也不同。 因(yin)受标定設(she)備的限制(zhi)，生産廠商(shāng)不🤟可能✨對(dui)所有流量(liàng)計都做實(shi)液标定，故(gù)測量♈非标(biāo)定✍️介質時(shi)😘，應對讀出(chu)的測量值(zhí)進行修🔞正(zheng)，以保證精(jīng)度。
   對于液(ye)體，其密度(du)爲常數，隻(zhī)需修正被(bèi)測液體和(he)标定液體(tǐ)👅不同造成(chéng)的影響即(jí)可；而氣體(tǐ)因具有可(ke)壓縮性，還(hai)應🔅考慮标(biāo)定狀态和(hé)實際狀态(tai)不同時溫(wēn)度和壓力(lì)的影響。
通(tōng)常，标定狀(zhuàng)态默認爲(wei)：溫度 T=293.16K，絕對(duì)壓力 p=101325Pa。根據(ju)流量計♋算(suan)公式，進行(háng)如下分析(xi)：
一方面，設(shè)定在标定(ding)狀态下，測(ce)量标定流(liu)體的流量(liàng)公式爲：

式(shi)中：Qv0-标定狀(zhuang)态下标定(ding)流體的流(liu)量示值 ；a0-标(biao)定狀态标(biāo)定流體的(de)流量系數(shù)；ρ0-流體在标(biāo)定狀态下(xia)的密度。
另(ling)一方面，設(shè)定流量計(jì)在工作狀(zhuàng)态下，測量(liang)被測流體(ti)的流量公(gong)式爲：

式中(zhong)：Qv-工作狀态(tai)下被測流(liú)體的流量(liang)示值；a-工作(zuò)狀态被測(cè)流🙇🏻體的🌂流(liú)量系數；ρ-流(liu)體在工作(zuò)狀态下的(de)密度。
由式(shi)（5）和式（6）可以(yi)看出，在實(shi)際工作狀(zhuang)态下，被測(ce)流體的實(shí)際💜流量爲(wei) qv，但轉子在(zài)高度 h 處，轉(zhuan)子流量計(jì)的顯示仍(réng)然是 qv0。 比較(jiào)式（5）和式（6），可(kě)以得出 Qv和(he) Qv0之間的關(guan)系，即🚩流量(liang)修正公式(shì)💞爲:

實驗表(biao)明，流量系(xì)數 a 與雷諾(nuo)數 Re 和流量(liang)計結構有(you)關，當👨‍❤️‍👨被測(ce)流㊙️體的黏(nian)度與标定(ding)流體的黏(nián)度相差不(bú)大💜時，或在(zài)流量系數(shu) a 爲常數的(de)流量範圍(wei)内，可不考(kǎo)慮 a 的影響(xiang)，即可以認(ren)爲 a＝a0，所以（7）式(shi)可以簡化(huà)爲：

若被測(ce)流體的黏(nian)度相對标(biao)定流體的(de)黏度相差(cha)較大，則應(yīng)考慮黏度(dù)差異對實(shí)際流量系(xì)數 a 與标定(dìng)流✌️量系數(shu) a0間❓的差異(yi)，參照式⛹🏻‍♀️（8）進(jìn)行修正或(huo)進行實際(jì)标定，不能(neng)簡單地認(ren)爲 a＝a0。
2.2 流體密(mì)度修正
2.2.1 液(yè)體流量的(de)測量值修(xiū)正
   流量計(ji)對液态類(lei)流體的測(cè)量示數通(tōng)常采用水(shuǐ)爲參照流(liu)體，在🔴标定(ding)狀态下進(jìn)行标定。 實(shí)際測量非(fēi)水液體流(liú)量時，隻需(xu)修正被測(ce)液體和标(biao)定液體（水(shuǐ)）之間密度(dù)☎️差異而造(zao)成的影響(xiǎng)，即🐇可按（8）式(shì)💯進行修正(zhèng)換算。此時(shi)，ρ0爲⛹🏻‍♀️标定流(liu)體的密度(du)，ρ 爲被測流(liu)體的密度(dù)。
2.2.2 氣體流量(liang)的測量值(zhí)修正
   流量(liang)計對氣态(tai)類流體的(de)測量示數(shù)采用空氣(qi)爲參照👉物(wu)，在💚标🚩定狀(zhuàng)态下進行(háng)标定。由于(yú)氣體的密(mì)度受溫度(du)、壓力❤️變化(huà)的影響較(jiao)🔞大，故不僅(jin)應随着被(bei)測氣體與(yǔ)标定氣體(ti)之間的密(mì)度不同進(jìn)行換算，而(ér)且要随工(gong)作狀态時(shi)溫度和壓(yā)力與标定(ding)狀态的不(bu)同進💚行修(xiū)正換算⛷️。爲(wei)簡化氣體(ti)流量值的(de)修正，一般(bān)可以忽略(lue)黏度對✔️流(liu)量系數的(de)影響，而且(qiě)，對于氣體(ti)來說，由于(yu) ρt＞＞ρ0，ρt＞＞ρ，則由（8）式可(ke)得:

   測量非(fei)标定狀态(tai)下的空氣(qi)流量時，可(ke)直接使用(yòng)式（9）計算。但(dàn) ρ 爲被測氣(qi)體在工作(zuò)狀态下的(de)密度，實際(ji)使用起來(lái)較💔爲不便(biàn)。爲此，可以(yǐ)将流體密(mi)度和所處(chù)狀态分開(kai)修正，即先(xian)在标定狀(zhuàng)态下對被(bèi)測流體的(de)密度進行(hang)修正，然後(hòu)再進行狀(zhuàng)态🈲修正。 最(zui)後的修正(zheng)公式爲：

   其(qí)中：p0-标定狀(zhuàng)态下的絕(jué)對壓力；p-工(gong)作狀态下(xia)的絕對壓(yā)力 ；T0-标定狀(zhuàng)态下的絕(jue)對溫度；T-工(gōng)作狀态下(xià)的絕對溫(wēn)度；ρ′-被測氣(qi)體♋在标定(ding)狀🔴态下的(de)密度。2.3 流量(liàng)系數修正(zhèng)
2.3.1 流量系數(shu)與轉子形(xíng)狀的相關(guan)性
   由式(4)可(ke)以看出，流(liú)量系數也(yě)是影響測(ce)定結果的(de)一個重要(yào)👣參數。它因(yin)轉子的形(xíng)狀不同而(er)有所不同(tóng)。雖✉️然轉子(zǐ)形狀是制(zhi)造😘廠按儀(yi)表結構和(he)流量測量(liàng)範圍選擇(zé)合适形狀(zhuang)而設計的(de)， 不屬于使(shi)用者考慮(lü)的💯範疇，但(dàn)使用者應(ying)了解轉子(zǐ)形狀與測(cè)量值準确(que)程度的關(guān)系。
   一般情(qing)況而言，測(cè)量同種流(liú)體時，哪種(zhong)形狀的轉(zhuan)子在錐形(xíng)管中的高(gāo)度越高，則(ze)使用這種(zhǒng)轉子的流(liu)量🐕計的流(liú)量😍系數就(jiu)越小，其測(cè)量精度就(jiu)越高。 可根(gēn)據這一特(te)點，選擇更(geng)爲适合自(zi)身需求的(de)💞轉子流量(liàng)計。
2.3.2 流量系(xi)數與雷諾(nuò)數的相關(guān)性
   當流量(liàng)計的轉子(zi)和結構一(yī)定時，流量(liang)系數主要(yào)受雷諾數(shù) Re 影響。當雷(lei)諾數 Re 較小(xiǎo)時，流量系(xi)數随雷諾(nuò)數 Re 變化而(er)變化，此💚時(shi)需✂️要對🏒進(jìn)行關于流(liu)量系數的(de)修正（見式(shi) 7）；當雷諾數(shù)達到😘一定(dìng)值 Remin（臨界雷(léi)諾數）後，流(liú)量系數基(jī)本保持平(ping)穩，可視爲(wèi)常數，不需(xū)做關于流(liu)量👨‍❤️‍👨系數的(de)修正計算(suàn)。不同的流(liu)量計很難(nán)找到一個(ge)通🤟用的理(li)論公式來(lái)描述流量(liàng)系數和雷(léi)諾數的♈關(guan)系。
   由于流(liú)體的多樣(yang)性和環境(jìng)的複雜性(xing)， 流量系數(shu)修㊙️正存在(zài)諸多困難(nán)。 如果需要(yào)進行準确(que)的計量，使(shǐ)用🔴者可讓(rang)制造商用(yong)實際流體(ti)對流量計(jì)刻度進行(háng)校準，如此(ci)🐇可直接🤩得(de)到工作環(huán)境下的真(zhēn)實量值，不(bú)必✂️再進行(háng)各💛種修正(zheng)。
3選型與安(ān)裝技術分(fen)析
3.1 轉子流(liú)量計的種(zhong)類
   按錐形(xíng)管材質的(de)不同，大體(ti)可分三類(lei)。其中： 玻璃(li)管轉子流(liu)量計 結構(gou)簡單，成本(ben)低，易制成(chéng)防腐蝕性(xing)儀表，還具(jù)有透明度(du)高、讀數直(zhi)觀、不易破(pò)裂、重量輕(qing)、壽命長、安(ān)裝連接方(fāng)便等優點(diǎn)。 塑料管轉(zhuǎn)子流量計(ji) 則具有體(tǐ)積小、重量(liàng)輕、錐管不(bú)易破碎、耐(nài)腐蝕等特(te)點。
   金屬管(guan)浮子流量(liang)計 可測量(liàng)液體、氣體(tǐ)流量，特别(bié)适宜低流(liú)速小流量(liang)的介質測(ce)量🐇，可提供(gòng)瞬時流量(liàng)、累積流量(liang)顯示，或通(tōng)過輸出标(biāo)準信号，實(shí)現流量指(zhǐ)示、積算、記(jì)錄、控制和(he)報警等功(gōng)能。
3.2 選型分(fen)析
爲保證(zhèng)測量數據(ju)的精度，使(shi)用者應根(gen)據安裝環(huán)境、流體物(wù)理和化學(xué)特性等因(yin)素，選擇流(liu)量儀表。
（1）若(ruò)流體爲中(zhong)小流量 ，壓(ya) 力小于 1MPa，溫(wēn) 度低于 100℃，透(tòu) 明無毒，無(wú)🤩燃燒爆🔞炸(zhà)危險，對玻(bo)璃無腐蝕(shí)無粘附，一(yī)般可采⚽用(yòng)玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
（2）在空間相(xiàng)對較小 ，撐(cheng)重力弱的(de)管路環境(jìng) ，流體爲中(zhōng)小流量 、壓(yā)💃力較小、溫(wēn)度較低，可(kě)選用塑料(liao)管轉子流(liu)量計。
（3）若流(liu)體爲中小(xiǎo)流量 、易汽(qì)化 （或易凝(ning)結 ）、有毒易(yì)燃易爆 ，不(bú)🙇🏻含磁性物(wù)質、纖維和(hé)磨損物質(zhi)，對不鏽鋼(gang)無腐蝕性(xìng),可選普通(tong)型金屬管(guǎn)轉子流量(liàng)計；若流體(ti)有腐🌈蝕性(xing)，應♉采用防(fáng)腐型金屬(shu)管轉子流(liú)量計；若流(liú)體易結晶(jing)或汽化或(huo)高粘度，應(yīng)選用帶夾(jia)套并帶伴(ban)熱或🌈冷卻(que)接口的 金(jin)屬管轉子(zi)流量計 。在(zai)高溫或高(gao)寒、高壓、有(yǒu)毒環境，應(yīng)選用具遠(yuǎn)傳信息功(gong)♋能的☁️金屬(shǔ)管轉子流(liu)量計。
（4）若流(liu)體壓力不(bú)穩定，尤其(qi)用于氣體(tǐ)測量時，應(yīng)選具阻尼(ni)👌結構⁉️的轉(zhuǎn)子流量計(ji)。
3.3 安裝技術(shu)要求
正确(què)安裝是流(liú)量計正常(chang)工作、準确(què)測量的必(bì)要條🐆件。 一(yī)般應遵循(xun)如下要求(qiu)：
（1）轉子流量(liang)計須垂直(zhí)安裝，流體(tǐ)自下而上(shang)流過流量(liàng)計,垂直度(du)優于 2°。
（2）進口(kǒu)應有 5 倍管(guan)道直徑以(yi)上的直管(guan)段，出口應(yīng)有 250mm 直管⛷️段(duan)。
（3）安裝位置(zhì)适當加裝(zhuāng)管道支撐(chēng)。
（4）流量計旁(pang)應加裝旁(páng)路管道和(hé)旁路閥，在(zai)下遊安裝(zhuāng)🤩單向閥。
（5）測(ce)量流體若(ruò)爲髒污 介(jiè)質或含有(yǒu)固體雜質(zhi),須在進口(kǒu)👅處💘加裝過(guo)濾器和定(ding)期清洗裝(zhuāng)置。
（6）測量流(liú)體中若含(han)有鐵磁性(xing)物質，應安(an)裝磁過濾(lǜ)器。
（7）帶液晶(jing)或锂電池(chí)供電的流(liu)量計盡量(liàng)避免陽光(guang)直射💚和高(gao)溫環境 （≥65℃）。
（8）測(ce)量氣體的(de)工作壓力(li)應不小于(yú)流量計壓(ya)損的 5 倍💰。
4總(zong)結
  轉子流(liú)量計結構(gòu)簡單，原理(lǐ)亦不複雜(za)，但是，由于(yú)流量計量(liàng)♍特性與流(liu)體屬性的(de)相關性、以(yǐ)及流體物(wù)理性質的(de)千差萬别(bie)，使得流量(liang)計量技術(shù)應用變得(dé)非常複雜(za)。 不僅流體(tǐ)存在⭐黏度(dù)的🈲差異，而(er)且氣體類(lei)流體的可(kě)壓縮性及(jí)熱膨脹性(xing)，更加大了(le)流體測量(liàng)的難度。因(yīn)此，本文隻(zhi)是作者一(yī)些經驗認(ren)識和技術(shù)分析的歸(guī)納整⭐理，有(you)關更加深(shēn)入的研究(jiū)，期待衆多(duō)的流體計(ji)量科研人(ren)員提供🔴更(geng)有價值的(de)真知灼見(jiàn)。

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